专利名称：汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统的制作方法
技术领域：
本发明属于汽轮发电机用燃气蒸汽联合循环设备范围，特别涉及一种汽轮机驱动
压气机的燃气蒸汽联合循环系统。
背景技术：
燃气轮机作为热动力装置中最为先进的类型，被誉为机械工业皇冠上的明珠。特 别是大型燃气轮机联合循环系统，以其单机功率大，供电效率高，建设周期短，污染排放量 小等特点，备受青睐。而整体煤气化联合循环(IGCC)技术更是被认为目前最有发展前景的 洁净煤发电技术。为了承担电网尖峰负荷，保障电网的安全运行，改善日益严重的环境问 题，我国建立了大量的燃气轮机和燃气一蒸汽联合循环电站。在改造燃煤旧电站方面，燃气 轮机同样发挥着巨大的作用，以提高旧电站的功率和效率，并使其污染排放问题得以改善。
目前而言，现代燃气燃机涡轮所输出的功，大概有1/2 2/3提供给压气机做功， 以提高单机运行的功率和效率。但是燃气轮机带动的负荷所需的功率的变化和大气参数的 变化，将使燃气轮机偏离设计工况，而在变工况条件下运行，这时将引起机组的效率和转速 等一系列参数的变化。更为严重的是，变工况时当流进压气机的流量减少到某一个数值后， 引起喘振，使机组不能正常运行，甚至导致机组发生严重的毁坏事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统，其特征在 于，所述汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统包括汽轮机、压气机、燃烧室、涡轮、负 载、余热锅炉、凝汽器和给水泵以三种组合方案构成； 方案1为变工况运行系统，变工况运行系统由汽轮机1和压气机2串连后接至燃 烧室3入口 ，涡轮4分别连接负载5、余热锅炉6和燃烧室3出口 ，凝汽器7的入口连接汽轮 机l，凝汽器7出口通过给水泵8和余热锅炉6接通，余热锅炉6的输出回接到汽轮机1输 入口 ；该变工况运行系统的运行过程采用定压运行或滑压运行，相互配合，协调控制，使机 组降至低负荷调节，并同时调节燃气轮机和汽轮机，在减少燃料量的同时控制蒸汽量。
所述采用滑压运行以保持变工况下余热锅炉的效率，实现汽轮机转速和功率的调 节，在调节汽轮机时，同时调节压气机，减小IGV (进口导流叶片)的开度，减少空气量，这样 可减少输出功率而使t3保持不变，使燃气轮机具有较高的燃机变工况效率。
方案2为压气机分成高、低压压气机的系统，与方案1结构不同的是压气机2分开 为低压压气机21和高压压气机22，然后串连，低压压气机21由汽轮机1带动，高压压气机 22与涡轮4连接，仍然由涡轮4驱动，这不仅继承了方案1的优点，还将有利于合理的选择 前后压气机各级的流量系数，有利于防喘；所述高压压气机与涡轮连接，启动初期不用驱动 整个压气机系统，就能够运行，减少了启动初期的动力装置投资和燃料需求，同时高压压气 机又会限制变工况减负荷时涡轮的超速，有利于机组的稳定运行。 方案3为压气机和涡轮均为高压 低压分开结构的系统，其中压气机2分开为低压压气机21和高压压气机22，涡轮分开为高压涡轮41和低压涡轮42，然后四者串连；低压压 气机21由汽轮机1带动，高压压气机22由高压涡轮41驱动，低压涡轮42分别与负载5、余 热锅炉6连接，与方案2相比，增加了动力透平，这样高压压气机22的转速调节不受负荷的 直接影响，在装置的变速箱后，高、低压压气机的变速运行有利于合理的选择前后压气机各 级的流量系数，避免喘振的发生。 本发明的有益效果是提出了 3种新型的联合循环布置方案，其与常规的联合循环 系统最大的不同点在于引入汽轮机驱动压气机压縮空气做功的概念。使压气机与其后的涡 轮分离，压气机状态将与涡轮的工况相对独立，压气机在变转速和IGV(进口导流叶片)变 角度调节下运行，使压气机在变工况下减少空气流量时，避免喘振的发生，同时可保证压气 机的压縮比维持在较高水平，这样，可使机组在更低的负荷下运行，可保持燃气透平前的燃 气初温恒定不变或降低较小，通过余热锅炉产生的蒸汽动力就能驱动压气机的运行目的。
图1为方案1的变工况运行系统组成示意图。 图2为方案2压气机分成高、低压压气机的系统示意图。 图3为方案3压气机和涡轮均为分开结构的系统示意图
具体实施例方式
本发明提供一种汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统，包括汽轮机、压气 机、燃烧室、涡轮、负载、余热锅炉、凝汽器和给水泵以三种组合方案构成；下面结合附图予 以进一步说明。 图1所示为方案1的变工况运行系统，图中汽轮机1和压气机2串连后接至燃烧室 3入口 ，涡轮4分别连接负载5、余热锅炉6和燃烧室3出口 ，凝汽器7的入口连接汽轮机1， 凝汽器7出口通过给水泵8和余热锅炉6接通，余热锅炉6的输出回接到汽轮机1输入口 ； 该变工况运行系统的运行过程采用定压运行或滑压运行，特别是机组降至低负荷的调节是 本方案的特色之一。可以同时调节燃气轮机和汽轮机，相互配合，协调控制。在减少燃料量 的同时，可以控制蒸汽量，当然此过程可以是定压运行或滑压运行，采用滑压运行以保持变 工况下余热锅炉的效率，实现汽轮机转速和功率的调节。在调节汽轮机时，应该同时调节压 气机，减小IGV的开度，减少空气量，这样可减少输出功率而使t3保持不变，使燃气轮机具 有较高的燃机变工况效率。但应防止由于压比减少，带来燃气不能充分膨胀释放热能，导致 涡轮尾部燃气温度过高。如采用余热锅炉补燃，增加汽轮机的输出功，使空气的压比提高， 增负荷时可达到更高的循环效率。当然在各部件协调控制之间，如减负荷时涡轮的超速，机 组的稳定性将是一个亟待解决的难题。 图2所示为方案2的压气机分成高、低压压气机的系统，与方案1结构不同的是压 气机2分开为低压压气机21和高压压气机22，然后串连，低压压气机21由汽轮机1带动， 高压压气机22与涡轮4连接，仍然由涡轮4驱动，这不仅继承了方案1的优点，还将有利于 合理的选择前后压气机各级的流量系数，有利于防喘； 在启动初，高压压气机与涡轮的联结，启动初期不用驱动整个压气机系统，减少了 启动初期的动力装置投资和燃料需求，同时高压压气机又会限制变工况减负荷时涡轮的超速，有利于机组的稳定运行。从中可看出，该类布置一汽轮机驱动压气机的联合循环方案同 常规方案相比，有不少优势，是值得注意研究的。 图3所示为压气机和涡轮均为高压、低压分开结构的系统，其中压气机2分开为低 压压气机21和高压压气机22，涡轮分开为高压涡轮41和低压涡轮42，然后四者串连；低压 压气机21由汽轮机1带动，高压压气机22由高压涡轮41驱动，低压涡轮42分别与负载5、 余热锅炉6连接，与方案2相比，增加了动力透平，这样高压压气机22的转速调节不受负荷 的直接影响，在装置的变速箱后，高、低压压气机的变速运行有利于合理的选择前后压气机 各级的流量系数，避免喘振的发生。启动初期只要带动高压压气机，进一步减少了启动初期 的动力装置投资和燃料需求。
权利要求
一种汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统，其特征在于，所述汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统包括汽轮机、压气机、燃烧室、涡轮、负载、余热锅炉、凝汽器和给水泵以三种组合方案构成；方案1为变工况运行系统，变工况运行系统由汽轮机1和压气机2串连后接至燃烧室3入口，涡轮4分别连接负载5、余热锅炉6和燃烧室3出口，凝汽器7的入口连接汽轮机1，凝汽器7出口通过给水泵8和余热锅炉6接通，余热锅炉6的输出回接到汽轮机1输入口；该变工况运行系统的运行过程采用定压运行或滑压运行，相互配合，协调控制，使机组降至低负荷调节，并同时调节燃气轮机和汽轮机，在减少燃料量的同时控制蒸汽量；方案2为压气机分成高、低压压气机的系统，与方案1结构不同的是压气机2分开为低压压气机21和高压压气机22，然后串连，低压压气机21由汽轮机1带动，高压压气机22与涡轮4连接，仍然由涡轮4驱动，这不仅继承了方案1的优点，还将有利于合理的选择前后压气机各级的流量系数，有利于防喘；方案3为压气机和涡轮均为高压、低压分开结构的系统，其中压气机2分开为低压压气机21和高压压气机22，涡轮分开为高压涡轮41和低压涡轮42，然后四者串连；低压压气机21由汽轮机1带动，高压压气机22与高压涡轮41连接，高压压气机22由高压涡轮41驱动，低压涡轮42分别与负载5、余热锅炉6连接，与方案2相比，增加了动力透平，这样高压压气机22的转速调节不受负荷的直接影响，在装置的变速箱后，高、低压压气机的变速运行有利于合理的选择前后压气机各级的流量系数，避免喘振的发生。
2. 根据权利要求1所述汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统，其特征在于，所 述采用滑压运行以保持变工况下余热锅炉的效率，实现汽轮机转速和功率的调节，在调节 汽轮机时，同时调节压气机，减小IGV(进口导流叶片)的开度，减少空气量，这样可减少输 出功率而使t3保持不变，使燃气轮机具有较高的燃机变工况效率。
3. 根据权利要求1所述汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统，其特征在于，所 述压气机分成高、低压压气机的系统。
4. 根据权利要求1所述汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统，其特征在于，所 述压气机和涡轮均为高压、低压分开结构的系统。
5. 根据权利要求1所述汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统，其特征在于，所 述高压压气机与高压涡轮连接，使启动初期不用驱动整个压气机系统，就能够运行，减少了 启动初期的动力装置投资和燃料需求，同时高压压气机又会限制变工况减负荷时涡轮的超 速，有利于机组的稳定运行。
全文摘要
本发明公开了属于汽轮发电机用燃气蒸汽联合循环设备范围，特别涉及一种汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统。所述汽轮机驱动压气机的燃气蒸汽联合循环系统包括汽轮机、压气机、燃烧室、涡轮、负载、余热锅炉、凝汽器和给水泵以变工况运行系统、压气机分成高、低压压气机的系统和压气机和涡轮均为高压、低压分开结构的系统的三种组合方案构成；与常规的联合循环系统最大的不同点在于引入汽轮机驱动压气机压缩空气做功的概念。使压气机与其后的燃机涡轮分离，压气机状态将与涡轮的工况相对独立，压气机在变转速和IGV调节下运行，使压气机在变工况下减少空气流量时，避免喘振的发生和系统在效率方面得到提高。
文档编号F02C6/18GK101761393SQ20101011183
公开日2010年6月30日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者刘万才, 张辉 申请人:华北电力大学